JP4956964B2 - Robot hand gripping control device - Google Patents
Robot hand gripping control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4956964B2 JP4956964B2 JP2005320782A JP2005320782A JP4956964B2 JP 4956964 B2 JP4956964 B2 JP 4956964B2 JP 2005320782 A JP2005320782 A JP 2005320782A JP 2005320782 A JP2005320782 A JP 2005320782A JP 4956964 B2 JP4956964 B2 JP 4956964B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gripping
- finger
- joint
- grip
- target object
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Description
本発明は、関節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材を複数有するロボットハンドの把持制御を行うロボットハンドの把持制御装置に関する。 The present invention relates to a robot hand grip control device that performs grip control of a robot hand having a plurality of finger members each including a plurality of link members connected via joints.
ロボットハンドを用いた物体の把持についての先行技術として、従来、特開2003−245883号公報に開示されたロボットの制御方法がある。このロボットの制御方法は、ロボットハンドを用いて物体の把持を行う際に、非接触時には各関節を所定速度で強く握り締め、指リンクが物体に接触した際には、接触した指リンクの根元側リンクに作用する接触力が目標接触力となるように力制御するというものである。 As a prior art for gripping an object using a robot hand, there is a robot control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-245883. In this robot control method, when gripping an object using a robot hand, each joint is strongly squeezed at a predetermined speed when not in contact, and when the finger link contacts the object, the base side of the contacted finger link The force is controlled so that the contact force acting on the link becomes the target contact force.
また、他の先行技術として、特開2003−94367号公報に開示された手先視覚付ロボットハンドがある。この手先視覚付ロボットハンドは、撮像したワークの形状および位置からワークを把持するための把持位置データを生成し、この把持位置データに基づいて、ロボットハンドの把持位置を変更し、ロボットハンドが自律して最適な把持位置でワークを把持可能としたというものである。
しかし、上記特許文献1に開示されたロボットの制御方法では、把持姿勢の予測をすることなく物体を把持している。このため、指リンクの位置によっては物体と指リンクとの接触点が少なくなってしまい、不安定な状態での把持となるおそれがある。また、接触力を用いているため、軽い物体や不安定な物体では先に物体に接触した指リンクが物体を動かしたり、倒したり、損傷したりするおそれがあった。
However, the robot control method disclosed in
また、上記特許文献2に開示された手先視覚付ロボットハンドは、撮像したワークの形状および位置に基づいてロボットハンドの把持位置を決定してワークを把持するものである。ところが、ロボットハンドによってワークを把持するための具体的な方法については開示されておらず、確実にワークを把持することができるとは言えないものであった。
Further, the robot hand with hand vision disclosed in
さらに、ワークが大きすぎたり、逆に小さすぎたりする場合には、指リンクと接触点が少なくなってしまうことが多く、不安定な状態での把持となるおそれがさらに大きくなるという問題があった。 Furthermore, if the work is too large or conversely too small, there are often fewer finger links and contact points, which increases the possibility of gripping in an unstable state. It was.
そこで、本発明の課題は、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、物体を確実に把持することができるロボットハンドの把持制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a grip control device for a robot hand that can reliably grip an object with a low risk of falling or damaging the object by a finger member.
上記課題を解決した本発明に係るロボットハンドの把持制御装置は、節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材と、指部材が取り付けられた掌部材と、を有するハンド部材における指部材の各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、掌部材における一面側で掌部材を挟んで指部材に対向する位置に親指部材が配設され、ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、認識した把持対象物体の形状に基づいて、把持対象物体に指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、各関節を制御することにより、指部材を把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、を備え、把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、モデル形状に対応する把持計算方法と、把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めたモデル形状と掌部材および指部材との接触条件と、を記憶しており、認識した把持対象物体の形状に対して複数のモデル形状のいずれかを割り当て、記憶している把持計算方法の中から、把持対象部材に割り当てられたモデル形状に基づいて、ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、記憶している把持形式の中から、認識した把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、記憶している接触条件のうち、選択された把持形式で把持対象物体を把持する際に、把持対象物体に割り当てられたモデル形状と掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された把持計算方法によって算出する際、把持対象物体と、親指部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、モデル形状と、指部材および親指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢がないと判断された場合、モデル形状と、掌部材および指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢を算出し、指部材および親指部材によって把持対象部材に割り当てられたモデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出するものである。 A gripping control device for a robot hand according to the present invention that solves the above-described problems is a finger in a hand member having a finger member having a plurality of link members connected via nodes and a palm member to which the finger member is attached. In a grip control device of a robot hand that grips an object to be gripped by controlling the angle of each joint of the member, a thumb member is disposed at a position facing the finger member with the palm member sandwiched on one side of the palm member, A pair of hand members are arranged as hand members, and an object shape recognition unit that recognizes the shape of the gripping target object, an object size recognition unit that recognizes the size of the gripping target object, and the shape of the recognized gripping target object Based on the above, a joint angle when a plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object is obtained, and the gripping posture of the finger member is calculated according to the obtained joint angle A force calculating means and a joint angle control means for controlling the respective joints so that the finger member is in a posture obtained by the gripping posture calculating means. The gripping posture calculating means includes a plurality of predefined model shapes and A grip calculation method corresponding to the model shape, a grip format corresponding to the model size of the object to be gripped, and a contact condition between the model shape determined from the constraint condition of the robot hand with respect to the model shape and the palm member and the finger member. One of a plurality of model shapes is assigned to the shape of the grasped and recognized gripping target object, and the robot is selected based on the model shape assigned to the gripping target member from the stored gripping calculation methods. Select the grip calculation method for gripping the object with the hand, and select the gripping format from the stored gripping formats according to the size of the recognized gripping target object. Among the stored contact conditions, when gripping the gripping target object in the selected gripping format, the gripping posture satisfying the contact condition between the model shape assigned to the gripping target object and the palm member and the finger member is selected. When calculating by the grip calculation method, the grip posture satisfying the contact condition between the grip target object and the thumb member and the finger member is calculated, and the grip posture satisfying the contact condition between the model shape and the finger member and the thumb member is calculated. If it is determined that the gripping posture satisfying the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member is calculated, the range covering the model shape assigned to the gripping target member by the finger member and the thumb member is a predetermined range. When it is smaller, the gripping posture that satisfies the contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated .
本発明に係るロボットハンドの把持制御装置においては、把持対象物体の形状に対して複数のモデル形状のいずれかを割り当て、割り当てたモデル形状と、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出している。このため、たとえば把持対象物体の大きさに応じて、掌部材と指部材とに接触させて把持対象物体を把持するか、あるいは指部材だけで把持対象物体を把持するかを判断することができる。したがって、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、把持対象物体を確実に把持することができる。 In the grip control device for a robot hand according to the present invention, any one of a plurality of model shapes is assigned to the shape of the object to be gripped, and a grip posture satisfying a contact condition between the assigned model shape and the palm member and the finger member Is calculated. Therefore, for example, according to the size of the gripping target object, it can be determined whether the gripping target object is gripped by contacting the palm member and the finger member, or whether the gripping target object is gripped only by the finger member. . Therefore, there is a low risk of the object being brought down or damaged by the finger member, and the object to be grasped can be reliably grasped.
なお、本発明にいう「モデル形状」としては、直方体、円柱、球などの形状やコップの取っ手などとして用いられるリング形状などを例示することができる。さらには、これらの形状のほか、ロボットが把持する可能性を有する物体の形状をおおまかに分類したものとすることができる。 Examples of the “model shape” in the present invention include a rectangular shape, a cylinder, a sphere shape, a ring shape used as a cup handle, and the like. Furthermore, in addition to these shapes, the shapes of objects that can be gripped by the robot can be roughly classified.
把持対象物体を割り当てたモデル形状が大きい場合には、このモデル形状と掌部材および指部材とは接触条件を満たす把持姿勢が存在するが、モデル形状が小さい場合には、接触条件を満たす把持姿勢が存在しないことになる。本発明では、この場合には、モデル形状と指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、把持対象物体を指部材のみで把持させるようにすることができる。したがって、さらに確実に把持対象物体を把持することができる。 When the model shape to which the gripping target object is assigned is large, there is a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member, but when the model shape is small, the gripping posture that satisfies the contact condition is satisfied. Will not exist. In this case, according to the present invention, it is possible to calculate a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the finger member, and to grip the gripping target object only with the finger member. Therefore, the object to be grasped can be grasped more reliably.
把持対象物体を割り当てたモデル形状がある程度大きい場合、把持対象物体は指部材と親指部材とによって把持することができるが、モデル形状が小さい場合、指部材と親指部材とでは把持対象物体を把持することができない。この場合に、モデル形状と掌部材および指部材との接触条件を求めることにより、把持対象物体をより確実に把持することができる。 When the model shape to which the gripping target object is allocated is somewhat large, the gripping target object can be gripped by the finger member and the thumb member, but when the model shape is small, the finger member and the thumb member grip the gripping target object. I can't. In this case, the object to be grasped can be more reliably grasped by obtaining the contact conditions between the model shape and the palm member and the finger member.
さらに、ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、把持姿勢算出手段は、指部材および親指部材によって把持対象部材を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出する態様とすることもできる。 Further, a pair of hand members are disposed as the hand members, and the gripping posture calculation means is configured so that the pair of hand members and the model shape when the range in which the grip target member is wrapped by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range. It is also possible to calculate the gripping posture that satisfies the contact condition.
把持対象物体を割り当てたモデル形状が非常に大きく、指部材および親指部材によって把持対象部材を包む範囲が所定範囲より小さい、たとえば把持対象物体の半分以下である場合に、把持対象物体は指部材と親指部材とによって把持することができなくなってしまう。この場合には、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することにより、一対のハンド部材によって把持対象物体を把持することができる。 When the model shape to which the gripping target object is allocated is very large and the range in which the gripping target member is wrapped by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, for example, less than half of the gripping target object, the gripping target object is It cannot be gripped by the thumb member. In this case, the gripping target object can be gripped by the pair of hand members by calculating the gripping posture that satisfies the contact condition between the pair of hand members and the model shape.
また、関節の少なくとも一部は、接続するリンク部材を連動させる連動関節であり、把持姿勢算出手段は、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、把持姿勢算出に用いるハンド部材の把持対象物体に対する位置を変更する態様とすることもできる。 Further, at least a part of the joints are interlocking joints that link the link members to be connected, and the gripping posture calculation unit calculates the gripping posture when it determines that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member. It can also be set as the aspect which changes the position with respect to the holding | grip object of the hand member used for.
このように、リンク部材の関節として連動関節を用いることにより、指部材の把持姿勢を算出する際の計算量の軽減を図ることができる。ここで、関節の少なくとも一部が連動関節であると、把持対象物体と指部材との把持姿勢算出手段は、掌部材および指部材との接触条件が厳しくなってしまい、把持対象物体を把持する把持姿勢を求めるとの接触点の数を確保するのが困難となる。 Thus, by using an interlocking joint as the joint of the link member, it is possible to reduce the amount of calculation when calculating the gripping posture of the finger member. Here, when at least a part of the joints are interlocking joints, the gripping posture calculation means for the gripping target object and the finger member has a severe contact condition between the palm member and the finger member, and grips the gripping target object. It is difficult to secure the number of contact points when obtaining the gripping posture.
これに対して、本発明に係るロボットハンドの把持制御装置は、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、把持姿勢算出に用いるハンド部材の把持対象物体に対する位置を変更する。このため、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断したときに、把持対象物体に対するハンド部材の位置を変更することにより、指部材によって把持対象部材を把持することができる把持姿勢を見つけ易くすることができる。 In contrast, when the grip control device for the robot hand according to the present invention determines that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member, the position of the hand member used for gripping posture calculation with respect to the gripping target object To change. For this reason, when it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member, the gripping target member can be gripped by the finger member by changing the position of the hand member with respect to the gripping target object. It is possible to easily find the gripping posture.
また、接触条件は、モデル形状と、ロボットハンドの拘束条件とから、把持対象物体と指部材とが所定数以上の接触点数を有する場合における物体に対する指部材の位置を幾何学的に求めた条件である態様とすることもできる。 The contact condition is a condition obtained by geometrically determining the position of the finger member relative to the object when the object to be grasped and the finger member have a predetermined number of contact points or more from the model shape and the constraint condition of the robot hand. It can also be set as the aspect which is.
なお、本発明にいう所定数としては、モデル形状とロボットの拘束条件から幾何学的に求められる最大接触点数とするのが望ましい。このように、最大接触点数で把持することにより、最も安定した把持状態とすることができる。 The predetermined number referred to in the present invention is preferably the maximum number of contact points geometrically determined from the model shape and the constraint conditions of the robot. Thus, the most stable gripping state can be obtained by gripping with the maximum number of contact points.
さらに、把持対象物体の位置を認識する物体位置認識手段と、ハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段と、を備え、認識した把持対象物体の位置と、ハンド部材の位置との相対的な位置関係に基づいて、ハンド部材位置を制御する態様とすることもできる。 Furthermore, an object position recognizing unit for recognizing the position of the gripping target object and a hand member position control unit for controlling the position of the hand member are provided, and the relative position between the recognized position of the gripping target object and the position of the hand member is provided. It is also possible to adopt a mode in which the position of the hand member is controlled based on various positional relationships.
指部材が取り付けられたハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段が設けられており、ハンド部材の位置を制御することにより、指部材による把持対象物体の把持をより確実に行うことができる。また、指部材と把持対象物体とが最大数の接触点を有するように制御するにあたり、把持対象物体の位置と、ハンド部材との相対的な位置関係に基づいて、両者の接触点がより多くなるように、ロボットハンドを制御することができる。したがって、把持対象物体をさらに確実に把持することができる。 Hand member position control means for controlling the position of the hand member to which the finger member is attached is provided. By controlling the position of the hand member, the object to be grasped by the finger member can be more reliably gripped. . Also, when controlling the finger member and the object to be gripped to have the maximum number of contact points, there are more contact points between them based on the position of the object to be gripped and the relative positional relationship between the hand member. Thus, the robot hand can be controlled. Therefore, the object to be grasped can be grasped more reliably.
また、関節角制御手段は、指部材が把持対象物体に対する接触点でそれぞれ同時に接触するように各関節を制御する態様とすることができる。 Further, the joint angle control means may be configured to control each joint so that the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the object to be grasped.
このように、指部材が把持対象物体に対する接触点でそれぞれ同時に接触することにより、最先に到達した指部材によって、把持対象物体を倒したり、傷つけたりするといった事態を防止することができる。 As described above, when the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the object to be grasped, it is possible to prevent a situation in which the object to be grasped is brought down or damaged by the finger member that has arrived first.
さらに、リンク部材に設けられ、把持対象物体を把持する際のリンク部材の把持力を検出する把持力検出手段を備え、関節角制御手段は、把持力検出手段によって検出された把持力が、所定のしきい値を超えたときに、各関節の制御を終了する態様とすることもできる。 Further, provided with a gripping force detecting means provided on the link member for detecting the gripping force of the link member when gripping the object to be gripped, the joint angle control means has a predetermined gripping force detected by the gripping force detecting means. Alternatively, the control of each joint may be terminated when the threshold value is exceeded.
このように、把持力検出手段で検出された把持力が所定のしきい値を超えたときに、各関節の制御を終了することにより、確実な把持力を持ってロボットハンドの指で把持対象物体を把持することができる。 In this way, when the gripping force detected by the gripping force detection means exceeds a predetermined threshold, the control of each joint is terminated, so that the gripping target can be gripped with the finger of the robot hand with a certain gripping force. An object can be gripped.
本発明に係るロボットハンドの把持制御装置によれば、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、物体を確実に把持することができる。 According to the grip control device for a robot hand according to the present invention, it is possible to reliably grip an object with a low risk of falling or damaging the object by a finger member.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置のブロック構成図、図2は、ロボットハンドの側面図、図3は、ロボットハンドの正面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a grip control device for a robot hand according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the robot hand, and FIG. 3 is a front view of the robot hand.
図1に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置(以下「把持制御装置」という)は、ロボットハンド1、画像認識装置2、把持姿勢算出装置3、および制御装置4を備えている。
As shown in FIG. 1, a robot hand grip control device (hereinafter referred to as “grip control device”) according to this embodiment includes a
ロボットハンド1は、図2および図3に示すように、親指に相当する第一指11、人差し指に相当する第二指12、中指に相当する第三指13、および薬指に相当する第四指14を備えている。また、第一指11には、第一指第一関節11A、第一指第二関節11B、および第一指第三関節11Cが設けられており、第二指12には、第二指第一関節12A、第二指第二関節12B、および第二指第三関節12Cが設けられている。さらに、第三指13には、第三指第一関節13A、第三指第二関節13B、および第三指第三関節13Cが設けられており、第四指14には、第四指第一関節14A、第四指第二関節14B、および第四指第三関節14Cが設けられている。
2 and 3, the
第一指11における付け根部分には、第一指11を第二指12ないし第四指14に対向させる第一指対向関節11Gが設けられている。対向関節11Gは、後述の掌部16に平行する鉛直方向を挟んで、第一指11を第二指12ないし第四指14に対向可能としている。
The base part of the
第二指12における付け根部分には、第二指12を揺動させる第二指揺動関節12Gが設けられている。揺動関節12Gは、掌部16に直交する水平軸周りに第二指12を揺動可能としている。また、第三指13および第四指14におけるそれぞれの付け根部分には、第三指13および第四指14を揺動させる第三指揺動関節13Gおよび第四指揺動関節14Gが設けられている。揺動関節13G,14Gは、第三指13および第四指14を掌部16に直交する水平軸周りにそれぞれ揺動させる。これらの第二指12ないし第四指14の第三関節12C〜14Cを除く各関節11A〜11C,12A〜12B,13A〜13B,14A〜14B、対向関節11G、および揺動関節12G〜14Gには、図1に示すモータドライバ7に接続されたモータ8が設けられている。
A second finger swing joint 12 </ b> G that swings the
また、第一指11における第一指第一関節11Aと第一指第二関節11Bとの間には、第一指第一リンク11Dが設けられ、第一指第二関節11Bと第一指第三関節11Cとの間には、第一指第二リンク11Eが設けられ、第一指第三関節11Cの先端には、第一指第三リンク11Fが設けられている。第二指12における第二指第一関節12Aと第二指第二関節12Bとの間には、第二指第一リンク12Dが設けられ、第二指第二関節12Bと第二指第三関節との間には、第二指第二リンク12Eが設けられ、第二指第三関節12Cの先端には、第二指第三リンク12Fが設けられている。
In addition, a first finger
さらに、第三指13における第三指第一関節13Aと第三指第二関節13Bとの間には、第三指第一リンク13Dが設けられ、第三指第二関節13Bと第三指第三関節13Cとの間には、第三指第二リンク13Eが設けられ、第三指第三関節13Cの先端には、第三指第三リンク13Fが設けられている。第四指14における第四指第一関節14Aと第四指第二関節14Bとの間には、第四指第一リンク14Dが設けられ、第四指第二関節14Bと第四指第三関節14Cとの間には、第四指第二リンク14Eが設けられ、第四指第三関節14Cの先端には、第四指第三リンク14Fが設けられている。さらに、第一指対向関節11Gと第一指第一関節11Aとの間には、第一指対向リンク11Hが設けられている。第二指揺動関節12Gと、第二指第一関節12Aとの間には、第二指揺動リンク12Hが設けられている。同様に、第三指揺動関節13Gと、第三指第一関節13Aとの間、および第四指揺動関節14Gと、第四指第一関節14Aとの間には、それぞれ図示しない第三指揺動リンクおよび第四指揺動リンクが設けられている。
Further, a third finger
また、ロボットハンド1は、本発明の掌部材である拇指球15および掌部16を有している。拇指球15には、第一指11が取り付けられている。また、拇指球15は、鉛直軸周りに回転可能とされており、拇指球15とともに第一指11が鉛直軸周りに回転可能とされている。掌部16には、第二指12〜第四指14が取り付けられている。また、第一指11〜第四指14の各リンク11D〜11F,12D〜12F,13D〜13F,14D〜14F、および拇指球15、掌部16には、それぞれ緩衝パッド(柔軟肉)17が取り付けられている。
The
ロボットハンド1で物体を把持する際には、第一指11と第三指13とが対向する状態となるように、第一指11が前側に回り込む。こうして、図4に模式的に示すように、第一指11と第三指13とで、把持の対象となる物体(以下「把持対象物体」という)Mを把持する。
When gripping an object with the
さらに、ロボットハンド1は、第二指12〜第四指14の関節のうち、第二関節と第三関節とが連動関節30となっている。連動関節30は、第二関節12B〜14Bと第三関節12C〜14Cとの間に、リンク部材31が設けられている。
Further, in the
また、第二関節12B〜14Bには、モータが設けられているが、第三関節12C〜14Cには、モータが設けられていない。そして、第二関節12B〜14Bに設けられたモータが回転駆動することにより、第二関節12B〜14Bが回転する。また、第二関節12B〜14Bが回転することにより、その回転がリンク部材31を介して第三関節12C〜14Cに伝達される。こうして、第三関節12C〜14Cも第二関節12B〜14Bとともに回転するようになっている。ここで、説明の利便のため、ロボットハンド1における第二指12〜第四指14では、第二関節12B〜14Bの関節角と、第三関節12C〜12Dの関節角とは同一と仮定する。
The
図1に示す画像認識装置2は、撮像手段となるカメラと、カメラで撮影された画像を処理する画像処理部とを有している。カメラで撮像された画像を画像処理部で画像処理することにより、把持対象物体Mの位置、形状、およびサイズを認識する。画像認識装置2は、認識した把持対象部物体の位置、形状、およびサイズを把持姿勢算出手段である把持姿勢算出装置3に出力する。
An
本実施形態では、画像認識装置2が、物体形状・サイズ認識装置および物体位置認識装置として機能している。画像認識装置2は、ともにカメラで撮像された画像を画像処理部で画像処理し、画像中に映し出される把持対象物体Mの形状とサイズ、および位置を認識する。
In the present embodiment, the
把持姿勢算出装置3は、画像認識装置2から出力された把持対象物体Mの形状に基づいて、ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、好適なロボットハンドの把持姿勢を目標関節角として算出する。把持姿勢算出装置3は、把持対象物体Mのモデル形状に対応した把持計算方法を記憶している。
The gripping
また、把持姿勢算出装置3は画像認識装置2から出力された把持対象物体Mのサイズに基づいて、ロボットハンド1によって把持対象物体Mを把持するための把持形式を選択し、好適なロボットハンド1の把持姿勢を目標関節角として算出する。把持姿勢算出装置3は、把持対象物体Mのモデルサイズに対応して把持形式を記憶している。
Further, the gripping
把持姿勢算出装置3は、モデル形状として、円柱、球、および直方体の形状について、これらのモデル形状がロボットハンドの拘束条件から定めた接触条件を、把持対象物体Mの形状がこれらのモデル形状であるときの把持計算方法として記憶している。具体的な把持計算方法については、後に説明する。把持姿勢算出装置3は、算出したロボットハンドの把持姿勢(目標関節角)を制御装置4に出力する。
The gripping
制御装置4には、把持姿勢算出装置3、エンコーダ・ポテンショメータ5、触覚センサ6、およびモータドライバ7が接続されている。エンコーダ・ポテンショメータ5は、ロボットハンド1における第一指11〜第四指14の位置を検出しており、検出した第一指11〜第四指14の各リンクの関節角を制御装置4に出力している。また、触覚センサ6は、図2に示す緩衝パッド17に埋め込まれた分布型圧力センサである。触覚センサ6は、ロボットハンド1が物体を把持した際の触覚を把持反力で検出しており、検出した把持反力を制御装置4に出力している。
Connected to the
制御装置4は、エンコーダ・ポテンショメータ5から出力された第一指11〜第四指14の各リンクの関節角と、把持姿勢算出装置3から出力された目標関節角に基づいて、フィードバック制御を行っている。このフィードバック制御により、ロボットハンド1の各関節に設けられたモータを駆動するモータドライバ7に角度指令を出力している。また、制御装置4は、触覚センサ6から出力された把持反力に基づいて、ロボットハンド1の把持姿勢を修正するように、モータドライバ7に角度指令または速度指令を出力している。
The
以上の構成を有する本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置における制御の手順について説明する。まず、ロボットハンドの把持制御における全体の流れについて説明する。図5は、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 A control procedure in the grip control device for the robot hand according to the present embodiment having the above-described configuration will be described. First, the entire flow in the grip control of the robot hand will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the grip control device for the robot hand according to the present embodiment.
図5に示すように、ロボットハンドの把持制御を行う際には、まず把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する(S1)。把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する際には、画像認識装置2によって把持対象物体Mを撮影するとともに、所定の画像処理を施して、把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する。
As shown in FIG. 5, when gripping control of the robot hand is performed, the position, shape, and size of the gripping target object M are first recognized (S1). When recognizing the position, shape, and size of the gripping target object M, the
把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識したら、把持姿勢算出装置3において、把持対象物体Mの形状に応じて把持計算方法を選択する(S2)。把持計算方法は、把持対象物体Mが円柱、球、直方体のいずれかによって異なり、ここでは、把持対象物体Mに応じた計算方法を選択する。続いて、把持対象物体Mのサイズに応じて把持形式を選択するとともに、把持姿勢を計算する(S3)。把持形式の選択は、ステップS1で認識した把持対象物体Mの寸法によって行い、選択された把持形式に応じて把持姿勢を計算する。この把持形式の選択および把持姿勢の計算については、後にさらに説明する。
When the position, shape, and size of the gripping target object M are recognized, the gripping
把持姿勢を計算したら、この把持姿勢を達成する各指の時系列の目標関節角を生成する(S4)。こうして、目標関節角を生成したら、また、目標関節角にしたがって時系列の関節角指令を生成し、モータドライバ7を介してモータ8を駆動制御し、各指11〜14および掌部16によって把持対象物体Mを把持する(S5)。
After calculating the gripping posture, a time-series target joint angle of each finger that achieves the gripping posture is generated (S4). When the target joint angle is thus generated, a time-series joint angle command is generated according to the target joint angle, the motor 8 is driven and controlled via the
そのとき、触覚センサ6で検出した把持力に基づいて、ロボットハンド1による各指における各リンクの把持力の計測を行い(S6)、計測した各指における各リンクの把持力をフィードバックする。その後、計測した把持力が許容値未満であるか否かを判断する(S7)。その結果、計測した把持力が許容値未満でない場合には、ロボットハンド1で把持対象物体Mを把持し、搬送などの作業を行う(S8)。
At that time, based on the gripping force detected by the
一方、把持力が許容値未満である場合には、目標関節角に到達したか否かを判断する(S9)。その結果、目標関節角に到達しない場合には、ステップS5に戻ってモータ8の駆動を継続的に行う。また、目標関節角に到達する場合には、目標関節角をさらに修正して指を継続的に作動させるように位置誤差の補償を行い、ステップS5に戻る。 On the other hand, if the gripping force is less than the allowable value, it is determined whether or not the target joint angle has been reached (S9). As a result, when the target joint angle is not reached, the process returns to step S5 and the motor 8 is continuously driven. Further, when the target joint angle is reached, the position error is compensated so that the target joint angle is further corrected and the finger is continuously operated, and the process returns to step S5.
次に、把持対象物体Mの把持形式の選択から目標関節角の生成(把持姿勢の生成)までの手順を説明する。目標関節角の生成は、モデル形状が割り当てられた把持物体によってそれぞれ異なる。本実施形態では、モデル形状として、円柱形、球形、および直方体形状を設定し、これらのモデル形状を把持対象物体Mに割り当てている。以下に、把持対象物体Mが円柱形状である場合と、直方体形状である場合とにおける把持対象物体Mの把持形式の選択から目標関節角の生成までの手順について主に説明する。 Next, a procedure from selection of a gripping format of the gripping target object M to generation of a target joint angle (generation of a gripping posture) will be described. The generation of the target joint angle differs depending on the grasped object to which the model shape is assigned. In the present embodiment, a cylindrical shape, a spherical shape, and a rectangular parallelepiped shape are set as model shapes, and these model shapes are assigned to the gripping target object M. Hereinafter, a procedure from selection of the gripping type of the gripping target object M to generation of the target joint angle when the gripping target object M has a cylindrical shape and a rectangular parallelepiped shape will be mainly described.
〔把持対象物体Mが円柱である場合〕
それでは、把持対象物体Mが割り当てられたモデル形状が円柱形状である場合について説明する。モデル形状が円柱形状である場合、まず、割り当てられた円柱の寸法に基づいて、把持対象物体Mの把持形式を検討する。把持形式としては、第一指11〜第四指14による把持のほか、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持が考えられる。ここでは、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持方法について説明する。また、これらの把持形式の選択方法については、後に説明する。
[When gripping object M is a cylinder]
Now, a case where the model shape to which the gripping target object M is assigned is a cylindrical shape will be described. When the model shape is a cylindrical shape, first, the gripping format of the gripping target object M is examined based on the allocated cylinder dimensions. As a grip type, in addition to gripping with the
[掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持]
まず、掌部16と第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角の生成手順を説明する。いま、図6に、第三指13の中心線をとおり、かつ掌部16に垂直な断面を示す。図6に示すように、掌部16に沿った直線上の点を座標原点とするx−y座標系を設定する。このx−y座標系上において、それぞれ座標を設定し、把持対象物体Mと第三指13の各リンク13D〜13Fとの幾何関係から、把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)と第三指13の関節角θiに関する方程式を導出する。
[Holding with
First, a procedure for generating a target joint angle when the object to be grasped M is grasped by the
把持対象物体Mの物体中心のx方向における座標xcを求めるにあたり、把持対象物体Mを掌部16に接触させるためには、次の(0)式が成り立つ。
Upon obtaining the coordinate x c in the x direction of the object the center of the gripping target object M, to contact the gripping target object M on the
xc−x10=R10=r+t0 ・・・(0)
ここで、x10:第三指第一関節13AのX方向における座標
r:把持対象物体Mを割り当てられた円柱体の半径
t0:第三指第一関節13AのX方向における座標x10から掌部16の表面までの距離
上記(0)式を変形することにより、下記(1)式から把持対象物体Mの物体中心のx座標xcを求めることができる。
x c −x 10 = R 10 = r + t 0 (0)
Here, x 10 : coordinates of the third finger first joint 13A in the X direction
r: radius of the cylindrical body to which the object M to be grasped is assigned
t 0 : Distance from the coordinate x 10 in the X direction of the third finger first joint 13A to the surface of the
xc=r+t0+x10 ・・・(1)
また、第三指第一リンク13Dに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(2)式を導出することができる。
x c = r + t 0 + x 10 (1)
Further, the following equation (2) can be derived for the third finger
(xc−x10)cosθ1−(yc−y10)sinθ1=R11 ・・・(2)
ここで、R11:把持対象物体Mの中心から第三指第一リンク13Dの中心までの距離(r+t1)
t1 :第三指第一リンク13Dの幅の半分
θ1 :第三指第一関節13Aの関節角
また、第三指第二リンク13Eの回転中心軸(x11,y11)は、下記(3A)式、(3B)式より表される。
(X c −x 10 ) cos θ 1 − (y c −y 10 ) sin θ 1 = R 11 (2)
Here, R 11 : distance from the center of the gripping object M to the center of the third finger
t 1 : half of the width of the third finger
θ 1 : Joint angle of the third finger first joint 13A Further, the rotation center axis (x 11 , y 11 ) of the third finger
x11=x10+L11sinθ1 ・・・(3A)
y11=y10+L11cosθ1 ・・・(3B)
ここで、L11:第三指第一リンク13Dの長さ
同様に、第三指第二リンク13Eに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(3)式を導出することができる。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (3A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (3B)
Here, L 11 : Length of the third finger
(xc−x11)cos(θ1+θ2)−(yc−y11)sin(θ1+θ2)=R12 ・・・(3)
ここで、R12:把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離(r+t2)
t2 :第三指第二リンク13Eの幅の半分
θ2 :第三指第二関節13Bの関節角
さらに、第三指第三リンク13Fの回転中心軸(x12,y12)は、下記(4A)式、(4B)式より表される。
(X c -x 11) cos (
Here, R 12 : distance (r + t 2 ) from the center of the gripping object M to the center of the third finger
t 2 : half the width of the third finger
θ 2 : Joint angle of the third finger second joint 13B Further, the rotation center axis (x 12 , y 12 ) of the third finger
x12=x11+L12sin(θ1+θ2) ・・・(4A)
y12=y11+L12cos(θ1+θ2) ・・・(4B)
ここで、L12:第三指第二リンク13Eの長さ
さらに同様に、第三指第三リンク13Fに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(3)式を導出することができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (4A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (4B)
Here, L 12 : Length of the third finger
(xc−x12)cos(θ1+2θ2)−(yc−y12)sin(θ1+2θ2)=R13 ・・・(4)
ここで、R13:把持対象物体Mの中心から第三指第三リンク13Fの中心までの距離(r+t3)
t3 :第三指第三リンク13Fの幅の半分
ここまで、上記(1)式〜(4)式において、未知の変数は、θ1、θ2、xc、ycの4つであり、方程式も4つあることから唯一解を求めることができる。ところが、上記(2)式〜(4)式は、三角関数を用いた式となっていることから、解析的な解を求めるのは容易ではない。そこで、図7に示すフローチャートに示す手順によって、各変数を決定する。図7は、第三指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。
(X c −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y c −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = R 13 (4)
Here, R 13 : distance from the center of the gripping object M to the center of the third finger
t 3 : Half of the width of the third finger
まず、上記(1)式に基づいて、把持対象物体MのX軸方向の中心座標xcを算出する(S11)。次に、ycを探索変数として、ycの任意の初期値を設定する(S12)。次に、第三指第一関節13Aの関節角θ1として、任意の角度θ01とする(S13)。 First, based on equation (1), calculates the center coordinates x c in the X-axis direction of the gripping target object M (S11). Then, as the search variables y c, it sets an arbitrary initial value of y c (S12). Next, an arbitrary angle θ 01 is set as the joint angle θ 1 of the third finger first joint 13A (S13).
続いて、上記(2)式における左辺の項をd1とし、d1を算出する(S14)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第一リンク13Dの中心までの距離R11と算出値d1との差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S15)。なお、許容誤差eは、1より小さい正の定数である。
Subsequently, the term on the left side in the equation (2) is defined as d1, and d1 is calculated (S14). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the distance R 11 to the center of the third finger
その結果、算出値d1と実際の距離R11との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、第三指第一関節13Aの関節角θ1にΔθを加算し(S16)、ステップS14に戻る。ここで、Δθは、α(d1−R11)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。 As a result, the absolute value of the actual distance R 11 and calculation values d1 is, if it is determined to exceed the allowable error e adds Δθ to the joint angle theta 1 of the third finger first joint 13A (S16) Return to step S14. Here, Δθ is determined by an equation of α (d 1 −R 11 ). Α is a preset adjustment gain.
一方、ステップS15において、算出値d1と距離R11との差の絶対値が、許容誤差e以下であると判断した場合には、第三指第二関節13Bの関節角θ2として、任意の角度θ02とする(S17)。続いて、上記(3)式における左辺の項をd2とし、d2を算出する(S18)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R12と算出値d2との差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S19)。この許容誤差eは、上記の許容誤差と同値である。ただし、異なる許容誤差を用いることもできる。
On the other hand, in step S15, the absolute value of the difference between the calculated value d 1 and distance R 11 is, when it is determined that the allowable is the error e or less, as the joint angle theta 2 of the third finger second joint 13B, optionally Of the angle θ 02 (S17). Subsequently, the left term in equation (3) and d 2, to calculate a d 2 (S18). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the distance R 12 to the center of the third finger
その結果、算出値d2と距離R12との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、第三指第二関節13Bの関節角θ2にΔθを加算し(S20)、ステップS18に戻る。ここで、Δθは、α(d2−R12)の式によって決定される。また、αは、上記の式と同様、予め設定された調整ゲインである。 As a result, when it is determined that the absolute value of the calculated value d 2 and the distance R 12 exceeds the allowable error e, Δθ is added to the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B (S20), The process returns to step S18. Here, Δθ is determined by the equation of α (d 2 −R 12 ). Α is a preset adjustment gain as in the above equation.
一方、ステップS19において、算出値d2と距離R12との差の絶対値が、許容誤差e以下であると判断した場合には、上記(4)式における左辺の項をd3とし、把持対象物体Mの物体中心座標のX座標xc、Y座標yc、第三指第一関節13Aの関節角θ1、および第三指第二関節13Bの関節角θ2を代入して、d3を算出する(S21)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第三リンク13Fの中心までの距離R13と算出値d3との差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S22)。
On the other hand, in step S19, the absolute value of the difference between the calculated value d 2 and a distance R 12 is, when it is determined that the allowable error e below, the left-hand side terms in equation (4) and d 3, grip Substituting the X coordinate x c , Y coordinate y c of the object center coordinate of the target object M, the joint angle θ 1 of the third finger first joint 13A, and the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B, and d 3 is calculated (S21). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the calculated value d 3 and distance R 13 to the center of the third finger
その結果、算出値d3と距離R13との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、把持対象物体Mの中心座標のY座標ycにΔycを加算し(S23)、把持対象物体Mの物体中心座標のY座標ycを代えて、ステップS13に戻る。こうして、新たに計算を行う。ここで、Δycは、予め決定された長さである。また、βは、上記のαと同様、予め設定された調整ゲインである。 As a result, when it is determined that the absolute value of the calculated value d 3 and the distance R 13 exceeds the allowable error e, Δy c is added to the Y coordinate y c of the center coordinate of the gripping target object M (S23). Then, the Y coordinate y c of the object center coordinate of the gripping target object M is changed, and the process returns to step S13. Thus, a new calculation is performed. Here, Δyc is a predetermined length. In addition, β is a preset adjustment gain, similar to α described above.
こうしてステップS16,S20,S23におけるループを繰り返し、最終的にステップS22において算出値d3が実際の距離R13以上となったときには、安定な把持条件が満たされたものと考えられる。このようにして、第三指13の目標関節角(把持姿勢)を求めることができる。
Thus repeated loop in steps S16, S20, S23, when the calculated value d 3 was the actual distance R 13 or more at the final step S22, it is considered that stable gripping condition is satisfied. In this way, the target joint angle (gripping posture) of the
第三指13の目標関節角を求めたら、続いて第二指12および第四指14の把持姿勢を求める。第二指12および第四指14の把持姿勢の求め方は、同様であるので、第二指12の把持姿勢の求め方について説明する。
When the target joint angle of the
第二指12の把持姿勢の求め方としては、第二指12における各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの間の関係では、第三指13の把持姿勢を求めた際の上記(2)式〜(4)式をそのまま適用することができる。ただし、ここでは、第三指13の把持形状を決定した後では、把持物体の中心も既に決定されており、第二指12は連動関節を有し、かつ第三指13とはパラメータが同様ではない。このため、第三指13の把持姿勢および把持姿勢を求める方法を適用することができない。
As a method for obtaining the gripping posture of the
また、第二指12は3つのリンク12D〜12Fを有するが、3つの関節のうち、1つの関節が連動関節であることから、能動関節は2つのみである。また、把持対象物体Mの中心位置を調整することができないため、第二指12が有する3つのリンクのうち、2つのリンクは必ず把持対象物体Mに接触させることができる。さらに、他の1つのリンクが把持対象物体Mに食い込まないように、各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの間の隙間をチェックすることが必要となる。ここで、安定した把持を実現するために、第二指12の各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの接触点を把持対象物体M中心の両側に配置することを優先して関節角を求める。さらにいうと、できるかぎり第二指第一リンク12Dと第二指第三リンク12Fとを把持対象物体Mに接触させるように、関節角を求める。そして、第二指第一リンク12Dと第二指第三リンク12Fとが把持対象物体Mに接触できない場合に、第二指第二リンク12Eと第二指第三リンク12Fとを把持対象物体Mに接触させるようにする。その手順について、図8を参照して説明する。図8は、第二指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。
Further, the
図8に示すように、第二指12の把持姿勢を決定する際には、まず、第二指第一関節12Aの関節角θ1として、任意の角度θ10を設定する(S31)。次に、上記(2)式にθ10を代入し、上記(2)式における左辺の項の値をd1として、d1を算出する(S32)。
As shown in FIG. 8, when determining the holding posture of the
続いて、上記(2)式における左辺の項の値をd1と、把持対象物体Mの中心から第二指第一リンク12Dの中心までの距離R11との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S33)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θ1にΔθを加算して(S34)、ステップS32に戻る。ここでのΔθは、α(d1−R11)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。 Subsequently, the value of the left side of the terms in equation (2) and d 1, the absolute value of the difference between the distance R 11 from the center of the gripping target object M to the center of the second finger first link 12D sought, this It is determined whether or not the absolute value is within a predetermined allowable error e (S33). As a result, if the absolute value is not within the allowable error e adds the Δθ to θ 1 (S34), the flow returns to step S32. Here, Δθ is determined by the equation of α (d 1 -R 11 ). Α is a preset adjustment gain.
一方、ステップS33で絶対値が許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、第二指第二関節12Bの関節角θ2として、任意の角度θ20を設定する(S35)。続いて、上記(4)式にθ20を代入し、上記(4)式における左辺の項をd3として、d3を計算する(S36)。それから、上記(4)式の左辺の項d1と、実際の把持対象物体Mの中心から第二指第二リンク12Eの中心までの距離R13との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S37)。 On the other hand, the absolute value in the step S33 is if it is determined to be within the scope of the allowable error e as joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B, to set an arbitrary angle θ 20 (S35). Subsequently, the (4) by substituting theta 20 in formula, the left-hand side terms in equation (4) as d 3, to calculate a d 3 (S36). Then, the (4) and the left side of the section d 1 of formula, the absolute value of the difference between the distance R 13 from the center of the actual gripping target object M to the center of the second finger second link 12E, the absolute value Is within a predetermined allowable error e (S37).
その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θ2にΔθを加算して(S38)、ステップS36に戻る。ここでのΔθは、α(d3−R13)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。一方、ステップS37で絶対値が許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、上記(3)式の左辺の項をd2とし、d2を計算する(S39)。 As a result, if the absolute value is not within the allowable error e adds the Δθ to θ 2 (S38), the flow returns to step S36. Here, Δθ is determined by the equation α (d 3 −R 13 ). Α is a preset adjustment gain. On the other hand, the absolute value in step S37 is if it is judged to be within the scope of permissible error e, the left term of equation (3) and d 2, to calculate a d 2 (S39).
それから、上記(3)式の左辺の項d2が実際の把持対象物体Mの中心から第二指第二リンク12Eの中心までの距離R12よりも大きいか否かを判断する(S40)。その結果、d2がR12以下であると判断した場合には、θ1から所定の角度εを減算して(S41)、ステップS35に戻る。一方、d2がR12を超えると判断した場合には、関節角θ1,θ2が決定し、処理を終了する。 Then, equation (3) of the left side of the section d 2 is actually larger it determines whether than gripping target object distance R 12 from the center of M to the center of the second finger second link 12E (S40). As a result, when it is determined that d 2 is equal to or less than R 12 , a predetermined angle ε is subtracted from θ 1 (S41), and the process returns to step S35. On the other hand, if it is determined that d 2 exceeds R 12 , the joint angles θ 1 and θ 2 are determined, and the process ends.
このようにして、掌部16と、第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成することができる。
In this way, it is possible to generate a target joint angle when the object to be grasped M is grasped by the
[第二指12〜第四指14のみによる把持]
次に、第二指12〜第四指14のみによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角の生成について説明する。図9に示すように、掌部16に沿った直線上の点を座標原点とするx−y座標系を設定する。このx−y座標系上において、それぞれ座標を設定し、把持対象物体Mと第三指13の各リンク13D〜13Fとの幾何関係から、把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)と第三指13の関節角θiに関する方程式を導出する。
[Grip only by the
Next, generation of the target joint angle when the object to be grasped M is grasped only by the
まず、把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)の拘束条件を検討する。把持対象物体Mが第三指第一リンク13Dに接触する際には、第三指第一リンク13Dの座標系において、下記(5)式が成り立つ。ここで、(xc1,yc1)は、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心座標である。
First, the constraint condition of the object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M is examined. When the gripping target object M contacts the third finger
xc1=R11=r+t1 ・・・(5)
この把持形式においては、指の関節角θ1を任意に設定することができる。また、手首座標系においては、把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)は、下記(6)式として表す2つの式で求めることができる。
x c1 = R 11 = r + t 1 (5)
In this gripping type, it is possible to arbitrarily set the joint angle theta 1 of the finger. In the wrist coordinate system, the object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M can be obtained by the following two expressions.
xc=xc1cosθ1+yc1sinθ1+x10
yc=−xc1sinθ1+yc1cosθ1+x10 ・・・(6)
また、第三指第二リンク13Eの回転中心座標(x11,y11)は、下記(7A)、(7B)式によって求めることができる。
x c = x c1 cos θ 1 + y c1 sin θ 1 + x 10
y c = −x c1 sin θ 1 + y c1 cos θ 1 + x 10 (6)
Further, the rotation center coordinates (x 11 , y 11 ) of the third finger
x11=x10+L11sinθ1 ・・・(7A)
y11=y10+L11cosθ1 ・・・(7B)
さらに、第三指第二リンク13Eに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(7)式を導出することができる。なお、θ2は、第三指第二関節13Bの関節角である。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (7A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (7B)
Furthermore, the following equation (7) can be derived for the third finger
(xc−x11)cos(θ1+θ2)−(yc−y11)sin(θ1+θ2) ・・・(7)
同様に、第三指第三リンク13Fの回転座標系(x12,y12)は、下記(8A)、(8B)式によって求めることができる。
(X c -x 11) cos (
Similarly, the rotation coordinate system (x 12 , y 12 ) of the third finger
x12=x11+L12sin(θ1+θ2) ・・・(8A)
y12=y11+L12cos(θ1+θ2) ・・・(8B)
同じように、第三指第三リンク13Fに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(8)式を導出することができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (8A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (8B)
Similarly, the following equation (8) can be derived for the third finger
(xc−x12)cos(θ1+2θ2)−(yc−y12)sin(θ1+2θ2)=R13 ・・・(8)
これらの(5)式〜(8)式を用いて、第三指13の把持形状を決定することができる。以下、第三指の把持姿勢を決定する手順について、図10に示すフローチャートに沿って説明する。
(X c -x 12) cos (
The grip shape of the
まず、上記(5)式に基づいて、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心x座標xc1を算出する(S51)。次に、第三指第一関節13Aの関節角θ1を設定する(S52)。ここでの関節角θ1は、任意の角度に設定することができる。
First, based on the above equation (5), the center x coordinate x c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the third finger
続いて、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心y座標yc1の初期値を設定する(S53)。中心y座標yc1の初期値は、任意の位置に設定することができる。それから、手首座標系における把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)を計算する(S54)。手首座標系における把持対象物体Mの物体中心座標(xc,yc)は、上記(6)式によって求めることができる。
Subsequently, an initial value of the center y coordinate y c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the third finger
次に、第三指第二関節13Bの関節角θ2として、任意の角度θ02を設定する(S55)。それから、上記(7)式にθ02を代入し、上記(7)式における左辺の項の値をd2として、d2を算出する(S56)。続いて、上記(7)式における左辺の項の値をd2と、把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R12との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S57)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θ2にΔθを加算して(S58)、ステップS56に戻る。
Next, the joint angle theta 2 of the third finger second joint 13B, to set an arbitrary angle θ 02 (S55). Then, by substituting theta 02 in equation (7), the value of the left side terms in equation (7) as d 2, and calculates the d 2 (S56). Subsequently, the value of the left side terms in equation (7) and d 2, the absolute value of the difference between the distance R 12 from the center of the gripping target object M to the center of the third finger
一方、ステップS57で絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、上記(8)式における左辺の項の値をd3として、d3を算出する(S59)。続いて、上記(8)式における左辺の項の値をd3と、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R13との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S60)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、yc1にΔyc1を加算して(S61)、ステップS54に戻る。ここでのΔyc1は、β(d3−R13)の式によって決定される。また、βは、予め設定された調整ゲインである。 On the other hand, the absolute value in step S57 is if it is determined to be within a predetermined range of tolerance e is the value of the left side terms in equation (8) as d 3, and calculates a d 3 (S59). Subsequently, the value of the left side terms in equation (8) and d 3, from the center of the actual gripping target object M absolute value of the difference between the distances R 13 to the center of the third finger second link 13E determined Then, it is determined whether or not the absolute value is within a predetermined allowable error e (S60). As a result, if the absolute value is not within the allowable error e, Δy c1 is added to y c1 (S61), and the process returns to step S54. Here, Δy c1 is determined by the equation of β (d 3 −R 13 ). Β is a preset adjustment gain.
一方、ステップS60において、絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、把持対象物体Mの中心y座標yc1および第三指第二関節13Bの関節角θ2が決定し、処理を終了する。 On the other hand, if it is determined in step S60 that the absolute value is within the range of the predetermined allowable error e, the center y coordinate y c1 of the object to be grasped M and the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B are determined. Determine and end the process.
また、第二指12および第四指14の関節角は、掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持形式で把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成する方法と同様にして生成することができる。このようにして、第二指12〜第四指14のみによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成することができる。
Further, the joint angles of the
[2つのロボットハンドによる把持]
他方、把持対象物体Mが大きく、1つのロボットハンド1では把持できない場合がある。この場合には、2つのロボットハンド部材を用いて、把持対象物体Mを把持することができる。2つのロボットハンド1を用いて把持対象物体Mを把持する際における一方のロボットハンド1の把持姿勢および把持対象物体Mの中心の決定手順は、掌部16および第二指12〜第四指14を用いて把持対象物体Mを把持する場合と同様である。また、他方のロボットハンド1の把持姿勢を算出する際には、上記(2)式〜(4)式、および図8に示す把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートをそのまま適用することができる。
[Grip by two robot hands]
On the other hand, there are cases where the gripping target object M is large and cannot be gripped by one
[把持形式の選択]
次に、把持対象物体Mの寸法に応じて、把持形式を選択して把持姿勢を計算する手順について説明する。把持対象物体Mである円柱の径がある程度の範囲に収まる大きさの場合には、第一指11と第二指12〜第四指14とによって把持できる。この範囲よりも小さくなると、第一指11と第二指12〜第四指14とによっての把持はできず、さらにある範囲までは、掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持が可能となる。さらに小さい範囲となると、それより小さなある範囲までは、第二指12〜第四指14のみによって把持が可能となる。さらにそれよりも小さくなる場合には、ロボットハンド1での包み込み把持が不可能となる。また、円柱の径が、第一指11と第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持できる範囲より大きい場合には、1組のロボットハンド1を用いることによる把持が可能となる。そこで、図11に示す手順によって把持形式を選択し把持形状を算出する。以下の手順で把持形式を決定することにより、好適な把持形式を自動的に選択することができる。
[Select gripping type]
Next, a procedure for selecting a gripping format and calculating a gripping posture according to the size of the gripping target object M will be described. When the diameter of the cylinder that is the object to be grasped M is within a certain range, it can be grasped by the
図11は、把持形式を選択して把持姿勢を計算し、把持対象物体Mを把持する手順を示すフローチャートである。図11に示すように、まず、第一指11と第二指12〜第四指14による把持対象物体Mの包み込み把持姿勢を計算する(S71)。この包み込み把持形状とは、図12に示すように、第一指11と第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mの包み込むようにして把持する形状をいう。包み込み把持形状を求めるにあたり、把持対象物体Mの中心および第二指12〜第四指14の関節角については、上記(1)式〜(4)式を用いて求めることができる。また、第一指11の関節角についても、同様の算出式によって求めることができる。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure for selecting a gripping format, calculating a gripping posture, and gripping the gripping target object M. As shown in FIG. 11, first, the wrapping and gripping posture of the gripping target object M by the
第一指11〜第四指14の各関節の関節角が求められたら、把持対象物体Mがロボットハンド1に包まれる部分が把持対象物体Mの半分以上であるか否かを判断する(S72)。そのために、この把持形式の妥当性について検討する。把持形式の妥当性の検討は、第一指11および第三指13のそれぞれの指先リンク(第一指第三リンク11F,第三指第三リンク13F)の把持点位置と把持対象物体Mの中心との関係を検討することによって行われる。
When the joint angles of the respective joints of the
第一指第三リンク11Fと把持対象物体Mとの接触点を把持点A(xa,ya)、第三指第三リンク13Fと把持対象物体Mとの接触点を把持点B(xb,yb)とし、これらの把持点A(xa,ya)および把持点B(xb,yb)を求める。先に、第一指第三リンク11Fの把持点A(xa,ya)の位置について説明する。第一指第三リンク11Fの中心線に平行し、把持対象物体Mの接線になる方程式は、下記(9)式によって表される。
The contact point between the first finger
y=k2(x−x21)+y21′ ・・・(9)
ここで、k2=tan(φ1+φ2)
y21′=y21+t22/cos(φ1+φ2)
t22:第一指第三リンクの厚さの半分
φ1:第一指第二関節11Bの関節角
φ2:第一指第三関節11Cの関節角
また、把持対象物体Mの断面を示す円の方程式は、下記(10)式によって表される。
y = k 2 (xx 21 ) + y 21 ′ (9)
Here, k 2 = tan (φ 1 + φ 2 )
y 21 ′ = y 21 + t 22 / cos (φ 1 + φ 2 )
t 22 : half the thickness of the first finger third link
φ 1 : joint angle of the first finger second joint 11B
φ 2 : joint angle of the first finger third joint 11C The equation of the circle indicating the cross section of the object M to be grasped is expressed by the following equation (10).
(x−xc)2+(y−yc)2=r2 ・・・(10)
上記(9)式および(10)式によって、把持点A(xa,ya)を計算することができる。これらの把持点A(xa,ya)は、下記(11)式として表す2つの式で求めることができる。
(X-x c) 2 + (y-y c) 2 =
The gripping point A (x a , y a ) can be calculated by the above equations (9) and (10). These grip points A (x a , y a ) can be obtained by two expressions expressed as the following expression (11).
xa=(k2 2x21+xc−k2y′21+k2yc)/(k2 2+1)
ya=(y′21+k2 2yc−k2x21+k2xc)/(k2 2+1) ・・・(11)
第一指第三リンク11Fの把持点A(xa,ya)は、上記のようにして求めることができる。また、第三指第三リンク13Fの把持点B(xb,yb)も同様の過程を経ることにより、下記(12)式として表す2つの式で求めることができる。
x a = (k 2 2 x 21 + x c −k 2 y ′ 21 + k 2 y c ) / (k 2 2 +1)
y a = (y ′ 21 + k 2 2 y c −k 2 x 21 + k 2 x c ) / (k 2 2 +1) (11)
The gripping point A (x a , y a ) of the first finger
xb=(k1 2x12+xc−k1y′12+k1yc)/(k2 2+1)
yb=(y′12+k1 2yc−k1x12+k1xc)/(k2 2+1) ・・・(12)
ここで、k1=tan(0.5π−θ1−2θ2)
y12′=y12+t3/sin(θ1+2θ2)
こうして、把持点A(xa,ya)および把持点B(xb,yb)を求めたら、把持点A(xa,ya)および把持点B(xb,yb)および把持対象物体Mの中心点との位置関係に基づいて、下記(13)式を満たすか否かを判断する。
x b = (k 1 2 x 12 + x c −k 1 y ′ 12 + k 1 y c ) / (k 2 2 +1)
y b = (y ′ 12 + k 1 2 y c −k 1 x 12 + k 1 x c ) / (k 2 2 +1) (12)
Here, k 1 = tan (0.5π−θ 1 −2θ 2 )
y 12 ′ = y 12 + t 3 / sin (θ 1 + 2θ 2 )
Thus, the gripping point A (x a, y a) and the gripping point B (x b, y b) After determining the gripping point A (x a, y a) and the gripping point B (x b, y b) and the holding Based on the positional relationship with the center point of the target object M, it is determined whether or not the following expression (13) is satisfied.
(xa+xb)/2≧xc ・・・(13)
上記(13)式を満たさない場合、図13に示すように、把持対象物体Mがロボットハンド1に把持される部分が把持対象物体M全体の半分未満となる。この場合には、把持の状態が不安定なものとなる。したがって、上記(13)式を満たさない場合には、2つのロボットハンド1による(両手での)把持形状を計算する(S73)。その後、2つのロボットハンド1で把持対象物体Mを包み込み把持し(S74)、処理を終了する。
(X a + x b ) / 2 ≧ x c (13)
When the expression (13) is not satisfied, as shown in FIG. 13, the portion where the gripping target object M is gripped by the
一方、ステップS72において、上記(13)式を満たすと判断した場合、第一指11と第三指13との互いの指先が接触するか否かを判断する(S75)。互いの指先が接触するか否かの判断は次のようにして行われる。第一指11および第三指13との幾何的位置関係により、図12に示す第一指11の指先の点D(xd,yd)および第三指13の指先の点(内側先端点)E(xe,ye)を、それぞれ下記(14)式および(15)式として表す2つの式で求めることができる。
On the other hand, if it is determined in step S72 that the expression (13) is satisfied, it is determined whether or not the fingertips of the
xd=x21+L22cos(φ1+φ2)+t22sin(φ1+φ2)
yd=y21+L22sin(φ1+φ2)+t22cos(φ1+φ2) ・・・(14)
xe=x12+L13sin(θ1+2θ2)+t3cos(θ1+2θ2)
ye=y12+L13cos(θ1+2θ2)−t3sin(θ1+2θ2) ・・・(15)
上記(14)式および(15)式の結果、ye>ydである場合には、指先が互いに接触することはないと判断することができる。この場合には、第一指11〜第四指14のすべて把持対象物体Mを把持することができる。したがって、第一指11〜第四指14で把持対象物体Mを把持し(S76)、処理を終了する。
x d = x 21 + L 22 cos (φ 1 + φ 2 ) + t 22 sin (φ 1 + φ 2 )
y d = y 21 + L 22 sin (φ 1 + φ 2 ) + t 22 cos (φ 1 + φ 2 ) (14)
x e = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 ) + t 3 cos (θ 1 + 2θ 2 )
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) −t 3 sin (θ 1 + 2θ 2 ) (15)
If y e > y d as a result of the above equations (14) and (15), it can be determined that the fingertips do not touch each other. In this case, the gripping target object M can be gripped by all of the
一方、ye>ydでない場合には、指先が互いに接触すると判断することができる。この場合、掌部16と第一指11以外の指である第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢を計算する(S77)。掌部16と第一指11以外の指である第二指12〜第四指14による包み込み把持形状を計算は、上記(1)式〜(4)式を用いて、たとえば図7および図8に示す手順に沿って行われる。
On the other hand, when y e > y d is not satisfied, it can be determined that the fingertips are in contact with each other. In this case, the wrapping and gripping posture by the
包み込み把持姿勢の計算を行った結果、求められた把持姿勢において、掌部16と第三指13の指先が接触するか否かを判断する(S78)。掌部16と第三指13の指先が接触するか否かは、次のようにして判断することができる。
As a result of the calculation of the wrapped gripping posture, it is determined whether or not the
図14に示すように、第三指13の指先には、先端点として、内側先端点E(xe,ye)および外側先端点F(xf,yf)とがある。これらの内側先端点E(xe,ye)および外側先端点F(xf,yf)のうち、内側先端点E(xe,ye)は上記(15)式で求めることができ、外側先端点F(xf,yf)は下記(16)式で算出することができる。
As shown in FIG. 14, the fingertip of the
xf=x12+L13sin(θ1+2θ2)−t3cos(θ1+2θ2)
yf=y12+L13cos(θ1+2θ2)+t3sin(θ1+2θ2) ・・・(16)
いま、X方向において、xe≧x10+t0およびxf≧x10+t0が成立する場合には、掌部16と第三指13とは接触しないことになる。この場合には、掌部16および第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mを包み込み把持する(S79)。
x f = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 ) −t 3 cos (θ 1 + 2θ 2 )
y f = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) + t 3 sin (θ 1 + 2θ 2 ) (16)
Now, in the X direction, when x e ≧ x 10 + t 0 and x f ≧ x 10 + t 0 are established, the
一方、xe≧x10+t0と、xf≧x10+t0の少なくとも一方が成立しない場合には、掌部16と第三指13とが接触してしまうことから、掌部16と第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mを把持することができない。この場合には、第二指12〜第四指14のみによる包み込み把持姿勢を計算する(S80)。第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢の計算は、上記(5)式〜(8)式を用いて、たとえば図10に示す手順に沿って行われる。
On the other hand, if at least one of x e ≧ x 10 + t 0 and x f ≧ x 10 + t 0 does not hold, the
それから、第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢を計算した結果、解があるか否かを判断する(S81)。その結果、解がある場合には、第二指12〜第四指14による包み込み把持形式で把持対象物体Mを把持する(S82)。一方、解がない場合には、把持不可能と判断する(S83)。こうして、処理を終了する。
Then, it is determined whether or not there is a solution as a result of calculating the wrapping and gripping posture with the
〔把持対象物体Mが直方体である場合〕
次に、把持対象物体Mが割り当てられたモデル形状が直方体形状である場合について説明する。モデル形状が直方体形状である場合、まず、割り当てられた直方体形状の寸法に基づいて、把持対象物体Mの把持形式を検討する。把持形式としては、第一指11〜第四指14による把持のほか、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持が考えられる。ここでは、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持方法について説明する。また、これらの把持形式の選択方法については、後に説明する。
[When gripping object M is a rectangular parallelepiped]
Next, the case where the model shape to which the gripping target object M is assigned is a rectangular parallelepiped shape. When the model shape is a rectangular parallelepiped shape, first, a grasping format of the grasping target object M is examined based on the dimension of the assigned rectangular parallelepiped shape. As a grip type, in addition to gripping with the
[掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持]
ここでは、図15(a)に示すように、把持対象物体MのX方向の長さ(以下「把持対象物体の広さ」という)L、Y方向の長さ(高さ、以下「把持対象物体の高さ」という)Hとして考える。また、把持対象物体Mの広さLは、把持対象物体Mの高さH以上として考える。図15(b)に示すように、把持対象物体Mの広さLが、下記(17)式として示す式が成り立つ場合、掌部16と第二指12〜第四指14による把持形式に適用することができる。
[Holding with
Here, as shown in FIG. 15A, the length of the gripping target object M in the X direction (hereinafter referred to as “the width of the gripping target object”) L, the length in the Y direction (height, hereinafter referred to as “the gripping target object”). Think of it as H). Further, the width L of the gripping target object M is considered to be greater than or equal to the height H of the gripping target object M. As shown in FIG. 15B, when the width L of the gripping target object M satisfies the formula shown as the following formula (17), it is applied to a gripping mode using the
L11−t0−La<L<L11−t0−t2 ・・・(17)
ここで、La:第二指第三リンク12Fの先端が第二指第一リンク12Dに接触するときの第二指第三リンク12Fの先端から第二指第二関節12Bの回転中心までの距離
掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持は、把持対象物体Mの高さHにより2つの把持方法がある。以下にその2つの方法について説明する。
L 11 −t 0 −L a <L <L 11 −t 0 −t 2 (17)
Here, L a : From the tip of the second finger
[掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法]
掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法では、図16に示すように、掌部16に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第一リンク12Dの側面および第二指第三リンク12Fの側面を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。第一の方法では、下記(18)式が成り立つ際に、把持対象物体Mを把持することができる。
[First grasping
In the first gripping method using the
H>L12−t1−t3 ・・・(18)
次に、把持対象物体Mと第二指12の各リンクとの幾何関係により、把持対象物体Mの中心座標(xc、yc)と第二指12の関節角θiの決定手順について説明する。把持対象物体Mを掌部16に接触させるにあたり、X方向における把持対象物体Mの中心座標xcは、下記(19)式で表すことができる。
H> L 12 −t 1 −t 3 (18)
Next, a procedure for determining the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M and the joint angle θ i of the
xc=x10+L/2+t0 ・・・(19)
一方、Y方向における把持対象物体Mの中心座標ycは、下記(19S)式で表す範囲内となる。
x c = x 10 + L / 2 + t 0 (19)
On the other hand, the center coordinate y c of the gripping target object M in the Y direction is within the range represented by the following equation (19S).
yc≦y10−H/2−t1 ・・・(19S)
次に、第二指第一関節12Aの関節角θ1を決定する。把持対象物体Mと第二指第一リンク12Dとの接触点B(xb,yb)から第二指第一リンク12Dの中心線までの距離は、下記(2)式で表すことができる。
y c ≦ y 10 −H / 2−t 1 (19S)
Next, the joint angle θ 1 of the second finger first joint 12A is determined. The distance from the contact point B (x b , y b ) between the gripping object M and the second finger first link 12D to the center line of the second finger
(xb−x10)cosθ1−(yb−y10)sinθ1=t1 ・・・(20)
さらに、第二指第二関節12Bの関節角θ2を決定する。第二指第二関節12Bの回転中心座標(x11,y11)は、下記(21A),(21B)式で表すことができる。
(X b −x 10 ) cos θ 1 − (y b −y 10 ) sin θ 1 = t 1 (20)
Further, the joint angle θ 2 of the second finger second joint 12B is determined. The rotation center coordinates (x 11 , y 11 ) of the second finger second joint 12B can be expressed by the following equations (21A) and (21B).
x11=x10+L11sinθ1 ・・・(21A)
y11=y10+L11cosθ1 ・・・(21B)
同様に、第二指第三関節12Cの回転中心座標(x12,y12)は、下記(21C),(21D)式で表すことができる。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (21A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (21B)
Similarly, the rotation center coordinates (x 12 , y 12 ) of the second finger third joint 12C can be expressed by the following equations (21C) and (21D).
x12=x11+L12sin(θ1+θ2) ・・・(21C)
y12=y11+L12cos(θ1+θ2) ・・・(21D)
第二指第三リンク12Fに対して、把持対象物体Mと第二指第一リンク12Dとの接触点Bの直下位置にある把持対象物体Mの角点A(xa,ya)から第二指第三リンク12Fまでの距離は、下記(21)式で表すことができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (21C)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (21D)
With respect to the second finger
(xa−x12)cos(θ1+2θ2)−(ya−y12)sin(θ1+2θ2)=t3 ・・・(21)
上記(21)式を用いて、第二指第二関節12Bの関節角θ2を求める。また、第三指13および第四指14の各関節角についても、第二指12の関節角を求めるのと同様にして求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14の把持姿勢を求めることができる。
(X a −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y a −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = t 3 (21)
Using the above equation (21) obtains the joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B. Further, the joint angles of the
[掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法]
掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法では、図17に示すように、掌部16に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第一リンク12Dの側面および第二指第三リンク12Fの先端を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。第二の方法では、下記(22)式として示す式が成り立つ際に、把持対象物体Mを把持することができる。
[Second Gripping
In the second gripping method using the
H≦L12−t1−t3 ・・・(22)
また、把持対象物体Mの中心座標(xc、yc)および第二指第一関節12Aの関節角θ1の決定手順は、上記第一の方法と同一である。さらに、第二指第二関節12Bの関節角θ2の決定手順を以下に説明する。
H ≦ L 12 −t 1 −t 3 (22)
The procedure for determining the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M and the joint angle θ 1 of the second finger first joint 12A is the same as the first method. Further, describing the procedure for determining the joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B below.
第二指第三リンク12Fの内側先端点E(xe,ye)の位置は、下記(23)式として示す2つの式によって表すことができる。
The position of the inner front end point E (x e , y e ) of the second finger
xe=x12+L13sin(θ1+2θ2)
ye=y12+L13cos(θ1+2θ2) ・・・(23)
上記(23)式におけるyeが満たされる際に、第二指第三リンク12Fの内側先端点E(xe,ye)が把持対象物体Mに接触すると考えられる。したがって、下記(24)式によって、第二指第二関節12Bの関節角θ2を求めることができる。
x e = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 )
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) (23)
When y e in the above equation (23) is satisfied, it is considered that the inner front end point E (x e , y e ) of the second finger
ye=y12+L13cos(θ1+2θ2)=yc−H/2+t3/sin(θ1+2θ2) ・・・(24)
続いて、第二指第二リンク12Eが把持対象物体Mと接触するか否かについて検討する。図17に示すように、把持対象物体Mにおける角点A(xa,ya)は、第二指第二リンク12Eと最も接触し易い部位である。この角点A(xa,ya)から第二指第二リンク12Eの中心までの距離dは下記(25)式で表すことができる。
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) = y c −H / 2 + t 3 / sin (θ 1 + 2θ 2 ) (24)
Subsequently, it is examined whether or not the second finger
d=(xa−x11)cos(θ1+θ2)−(ya−y11)sin(θ1+θ2) ・・・(25)
上記(25)式で求めた距離dが第二指第二リンク12Eの幅の半分t2よりも大きい場合には、第二指第二リンク12Eは把持対象物体Mに接触することはない。逆に、上記(25)式で求めた距離dが第二指第二リンク12Eの幅の半分t2以下である場合には、第二指第二リンク12Eは把持対象物体Mに接触することになる。このときに、第二指第一リンク12Dと第二指第二リンク12Eを把持対象物体Mに接触させて包み込み把持する。そして、下記(26)式によって、第二指第二関節12Bの関節角θ2を求め、第二指12の把持姿勢を算出することができる。
d = (x a −x 11 ) cos (θ 1 + θ 2 ) − (y a −y 11 ) sin (θ 1 + θ 2 ) (25)
The distance d calculated in the above (25) equation is greater than half t 2 of the width of the second finger
(xa−x11)cos(θ1+θ2)−(ya−y11)sin(θ1+θ2)=t2 ・・・(26)
また、第三指13および第四指14の各関節角についても、第二指12の関節角を求めるのと同様にして求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14の把持姿勢を求めることができる。
(X a −x 11 ) cos (θ 1 + θ 2 ) − (y a −y 11 ) sin (θ 1 + θ 2 ) = t 2 (26)
Further, the joint angles of the
[第二指12〜第四指14のみによる把持]
第二指12〜第四指14のみによる把持では、図18に示すように、第二指第一リンク12Dの側面に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第二リンク12Eの側面および第二指第三リンク12Fの側面を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。把持対象物体Mの広さLが下記(27)式に示す条件を満たす際、第二指12〜第四指14のみによる把持を行うことができる。
[Grip only by the
In gripping with only the
L≦L11−t0−La ・・・(27)
ここでは、まず把持対象物体Mの中心座標(xc,yc)の拘束条件を検討する。把持対象物体Mを第二指第一リンク12Dに接触させるため、第二指第一リンク12Dに座標系において、下記(28)式が成り立つ。第二指第一リンク12Dに座標系における物体の中心座標は(xc1,yc1)である。
L ≦ L 11 −t 0 −L a (27)
Here, the constraint condition of the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M is first examined. In order to bring the gripping target object M into contact with the second finger
xc1=H/2+t1 ・・・(28)
第二指12〜第四指14のみによる把持では、第二指第一関節12Aの関節角θ1は、任意の角度に設定することができる。また、手首系座標系において、把持対象物体Mの中心座標(xc,yc)は、下記(29)式として示す2つの式によって表される。
x c1 = H / 2 + t 1 (28)
The gripping by only the
xc=xc1cosθ1+yc1sinθ1+x10
yc=−xc1sinθ1+yc1cosθ1+y10 ・・・(29)
また、第二指第二リンク12Eの回転中心座標(x11,y11)は、下記(30A)式および(30B)式によって求めることができる。
x c = x c1 cos θ 1 + y c1 sin θ 1 + x 10
y c = −x c1 sin θ 1 + y c1 cos θ 1 + y 10 (29)
The rotation center coordinates of the second finger second link 12E (x 11, y 11) can be obtained by the following (30A) formula and (30B) expression.
x11=x10+L11sinθ1 ・・・(30A)
y11=y10+L11cosθ1 ・・・(30B)
さらに、把持対象物体Mにおける角点Bから第二指第二リンク12Eの中心までの距離と第二指第二リンク12Eの幅の半分t2との関係から、下記(30)式が成り立つ。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (30A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (30B)
Furthermore, the relationship between the half t 2 of the distance from the corner point B in gripping target object M to the center of the second finger second link 12E and the width of the second finger second link 12E, the following equation (30) holds.
(xb−x11)cos(θ1+θ2)−(yb−y11)sin(θ1+θ2)=t2 ・・・(30)
また、第二指第三リンク12Fの回転中心座標(x12,y12)は、下記(31A)式および(31B)式によって求めることができる。
(X b -x 11) cos (
Further, the rotation center coordinates (x 12 , y 12 ) of the second finger
x12=x11+L12sin(θ1+θ2) ・・・(31A)
y12=y11+L12cos(θ1+θ2) ・・・(31B)
さらに、把持対象物体Mにおける角点Aから第三リンク12Fの中心までの距離と第二指第三リンク12Fの幅の半分t3との関係から、下記(31)式が成り立つ。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (31A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (31B)
Furthermore, the relationship between the corner point A in gripping target object M and half t 3 of the distance to the center of the
(xa−x12)cos(θ1+2θ2)−(ya−y12)sin(θ1+2θ2)=t3 ・・・(31)
上記(28)式〜(31)式を用いて、第二指12の把持姿勢を決定することができる。まず、上記(28)式から第二指第一リンク12Dの座標系における把持対象物体Mの中心x座標xc1を求める。次に、第二指第一関節12Aの関節角θ1を任意の角度に設定する。それから、第二指第一リンク12Dの座標系における把持対象物体Mの中心y座標yc1を探索変数として、任意の初期値から出発し、(29)式〜(31)式を用いて、第二指第二関節12Bの関節角θ2、手首系座標系における把持対象物体Mの中心座標(xc,yc)を求めることができる。
(X a −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y a −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = t 3 (31)
The holding posture of the
また、第三指13および第四指14については、第二指12と同様の手順によって把持姿勢を求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14のみによって、把持対象物体Mを把持する際の把持姿勢を求めることができる。
For the
[2つのロボットハンドによる把持]
把持対象物体Mの広さLおよび高さHが下記(32)式として示す2つの式の条件を満たす際、2つのロボットハンドによる把持を行う。
[Grip by two robot hands]
When the width L and the height H of the gripping target object M satisfy the conditions of the two formulas shown as the following formula (32), gripping is performed by two robot hands.
L≧L11−t0−t2
H≧H0+L11−t01−t2 ・・・(32)
ここで、H0:Y方向における第一指11の根元から第二指12の根元までの距離
t01:第一指第二リンク11Eの幅(=第一指第三リンク11Fの幅)の半分
2つのロボットハンドで把持対象物体Mを把持する場合、把持対象物体Mの位置および姿勢に応じて、2つのロボットハンドにおける手首の位置および姿勢を決定することができる。また、ロボットハンド1の把持形状はその初期形状となる。このようにして、2つのロボットハンドによって把持対象物体Mを把持することができる。
L ≧ L 11 −t 0 −t 2
H ≧ H 0 + L 11 −t 01 −t 2 (32)
Here, H 0 : distance from the root of the
[把持形式の選択]
次に、把持対象物体Mの寸法に応じて、把持形式を選択して把持形状を計算する手順について説明する。把持対象物体Mが円柱である場合と同様、把持対象物体Mの広さLおよび高さHの各寸法に基づいて把持形式を選択することができる。以下、図19を参照して把持形式の選択手順について説明する。以下の手順で把持形式を決定することにより、好適な把持形式を自動的に選択することができる。
[Select gripping type]
Next, a procedure for selecting a gripping format and calculating a gripping shape according to the size of the gripping target object M will be described. As in the case where the gripping target object M is a cylinder, the gripping format can be selected based on the dimensions of the width L and the height H of the gripping target object M. Hereinafter, the procedure for selecting the gripping format will be described with reference to FIG. By determining the gripping format according to the following procedure, a suitable gripping format can be automatically selected.
図19は、把持形式を選択して把持姿勢を計算し、把持対象物体Mを把持する手順を示すフローチャートである。図19に示すように、把持形式を選択する際には、まず、図1に示す画像認識装置2によって画像認識による把持対象物体Mの寸法を認識する(S91)。次に、認識された把持対象物体Mの寸法が、上記(32)式で示す2式のうちの一方であるL≧L11−t0−t2を満たすか否かを判断する(S92)。
FIG. 19 is a flowchart showing a procedure for selecting a gripping format, calculating a gripping posture, and gripping the gripping target object M. As shown in FIG. 19, when selecting the gripping format, first, the dimensions of the gripping target object M by image recognition are recognized by the
その結果、L≧L11−t0−t2を満たすと判断した場合には、下記(33)式を満たすか否かを判断する(S93)。 As a result, when it is determined that L ≧ L 11 −t 0 −t 2 is satisfied, it is determined whether or not the following expression (33) is satisfied (S 93).
H0−t10−t2<H< H0+L11−t10−t2 ・・・(33)
その結果、上記(S33)式を満たすと判断した場合には、2つのロボットハンドを用いることなく、第一指11〜第四指14を用いた包み込み把持が可能である。したがって、第一指11〜第四指14を用いた包み込み把持を行う(S94)。一方、上記(33)式を満たさないと判断した場合には、1つのロボットハンドでは包み込み把持を行うことができない。このため、上記(33)式を満たさないと判断した場合には2つのロボットハンドを用いた包み込み把持を行う(S95)。
H 0 −t 10 −t 2 <H <H 0 + L 11 −t 10 −t 2 (33)
As a result, when it is determined that the expression (S33) is satisfied, enveloping and gripping using the
また、ステップS92において、L≧L11−t0−t2を満たさないと判断した場合には、上記(27)式を満たすか否かを判断する(S96)。その結果、上記(27)式を満たさないと判断した場合には、上記(18)式を満たすか否かを判断する(S97)。その結果、上記(18)式を満たすと判断した場合には、掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法で包み込み把持を行い(S98)、満たさないと判断した場合には、掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法で包み込み把持を行う(S99)。
If it is determined in step S92 that L ≧ L 11 −t 0 −t 2 is not satisfied, it is determined whether or not the above equation (27) is satisfied (S96). As a result, when it is determined that the expression (27) is not satisfied, it is determined whether or not the expression (18) is satisfied (S97). As a result, when it is determined that the expression (18) is satisfied, wrapping and holding is performed by the first holding method using the
さらに、ステップS96で上記(27)式を満たすと判断した場合には、第二指12〜第四指14のみによる把持による把持形式によって把持形状(把持姿勢)を計算し(S100)、解があるか否かを判断する(S101)。その結果、解があると判断した場合には、求められた解に基づいて、第二指12〜第四指14のみによる把持を行う。一方、解がないと判断した場合には、把持不可能であると判断する(S102)。このようにして、処理を終了する。
Further, when it is determined in step S96 that the above expression (27) is satisfied, the grip shape (grip posture) is calculated according to the grip form by gripping with only the
以上のように、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、指が連動関節を有する場合および連動関節を有しない場合のいずれにおいても、把持対象物体Mの形状に応じて目標関節角を設定することによって指の把持姿勢を算出し、把持対象物体Mを把持するようにしている。 As described above, in the grip control device for the robot hand according to the present embodiment, the target joint angle is set according to the shape of the gripping target object M regardless of whether the finger has an interlocked joint or not. By setting, the gripping posture of the finger is calculated and the gripping target object M is gripped.
上記特許文献2に開示されたロボットハンドでは、ロボットハンドで把持対象物体Mを把持するために、適切な把持位置を算出するものではある。ところが、ハンドを正確な把持位置に到達させたとしても、指の各能動関節を協調的に動作させなければ、必ずしも安定した包み込み把持をすることができるとは限らない。
In the robot hand disclosed in
これに対して、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、最多把持接触点を持つ包み込み把持の条件を導出した上で、事前に各指の各関節の目標位置を算出するようにしている。このため、ロボットハンドによって把持対象物体Mを確実に把持することができる。 In contrast, the robot hand gripping control device according to the present embodiment calculates the target position of each joint of each finger in advance after deriving the enveloping gripping condition having the most gripping contact points. Yes. For this reason, the object M to be grasped can be reliably grasped by the robot hand.
また、上記実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、予め定義された複数のモデル形状と、このモデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた接触条件を記憶している。そして、認識した把持対象物体Mの形状に対していずれかのモデル形状を割り当て、割り当てたモデル形状と、掌部16および第二指11〜第四指14との接触条件を満たす把持姿勢を算出している。このため、第二指11〜第四指14によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、把持対象物体Mを確実に把持することができる。
In the robot hand gripping control apparatus according to the embodiment, a plurality of predefined model shapes and contact conditions determined from the constraint conditions of the robot hand with respect to the model shapes are stored. Then, any model shape is assigned to the recognized shape of the gripping target object M, and a gripping posture that satisfies the contact condition between the allocated model shape and the
さらに、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御方法では、物体のサイズが把持可能の範囲にあれば、任意のサイズに対応することができる。しかも、本実施形態では、物体形状を円柱、球、直方体の3種類に分けてそれぞれの包み込み把持の目標計算を行っている。このため、三次元物体の包み込み把持を確実に行うことができる。 Furthermore, in the robot hand gripping control method according to the present embodiment, any size can be handled as long as the size of the object is within a grippable range. In addition, in the present embodiment, the target shape of each enveloping and gripping is calculated by dividing the object shape into three types: a cylinder, a sphere, and a rectangular parallelepiped. For this reason, it is possible to reliably wrap and hold the three-dimensional object.
しかも、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御方法では、各指が同時に把持対象物体Mの表面に到着するようにしている。このため、先に把持対象物体Mに到達した指が把持対象物体Mに到達して把持対象物体Mを動かしたり、倒したり、損傷したりといった事態を防止することができる。 Moreover, in the robot hand gripping control method according to the present embodiment, each finger arrives at the surface of the gripping target object M at the same time. For this reason, it is possible to prevent a situation in which the finger that has reached the gripping target object M first reaches the gripping target object M to move, defeat, or damage the gripping target object M.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではないた。たとえば、上記実施形態では、モデル形状として、直方体、円柱、球を設定しているが、そのほか、たとえばコップの取っ手となるリングなど、ロボットが把持する可能性が比較的高いものを大まかに分類して設定することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, a rectangular parallelepiped, a cylinder, or a sphere is set as the model shape, but in addition, those that are relatively likely to be gripped by the robot, such as a ring that is a handle of a cup, are roughly classified. Can be set.
また、上記実施形態において、連動関節を有する指と連動関節を有しない指とを例に挙げて説明したが、連動関節を有する指を用いた場合には、連動関節を有しない指を用いた場合と比較して、連動化によってアクチュエータの個数を削減することができるというメリットがある。また、アクチュエータの個数の削減に伴い、全体としての制御を簡素化することができるとともに、連動関節の体格を小さくすることができる。 In the above embodiment, a finger having an interlocking joint and a finger not having an interlocking joint are described as examples. However, when a finger having an interlocking joint is used, a finger having no interlocking joint is used. Compared to the case, there is an advantage that the number of actuators can be reduced by interlocking. Further, as the number of actuators is reduced, the overall control can be simplified and the size of the interlocking joint can be reduced.
さらに、上記実施形態では、物体形状認識装置と物体位置認識装置として、画像処理装置を用いているが、これに限定されず、種々のものを用いることができる。たとえば、物体形状認識装置としては、物体に光を投射し、その反射光から形状を推定するものなどを用いることができる。また、物体位置認識装置としては、たとえば物体の形状を画像から認識し、物体の位置を超音波などで検出するものを用いることもできる。 Furthermore, in the above-described embodiment, an image processing device is used as the object shape recognition device and the object position recognition device. However, the present invention is not limited to this, and various devices can be used. For example, as the object shape recognition device, a device that projects light onto an object and estimates the shape from the reflected light can be used. Further, as the object position recognition device, for example, a device that recognizes the shape of an object from an image and detects the position of the object with an ultrasonic wave or the like can be used.
1…ロボットハンド、2…画像認識装置、3…把持姿勢算出装置、4…制御装置、5…エンコーダ・ポテンショメータ、6…触覚センサ、7…モータドライバ、11…第一指、12…第二指、13…第三指、14…第四指、15…拇指球、16…掌部、17…緩衝パッド、M…把持対象物体。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記掌部材における一面側で前記掌部材を挟んで前記指部材に対向する位置に親指部材が配設され、
前記ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
前記把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対応する把持計算方法と、前記把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件と、を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、
記憶している前記把持計算方法の中から、前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状に基づいて、前記ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、
記憶している前記把持形式の中から、認識した前記把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、
記憶している前記接触条件のうち、選択された前記把持形式で前記把持対象物体を把持する際に、前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された前記把持計算方法によって算出する際、
前記把持対象物体と、前記親指部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記モデル形状と、前記指部材および前記親指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢がないと判断された場合、前記モデル形状と、前記掌部材および前記指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記指部材および前記親指部材によって前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、前記一対のハンド部材と前記モデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。 An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
A thumb member is disposed at a position facing the finger member across the palm member on one side of the palm member;
As the hand member, a pair of hand members are disposed,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Object size recognition means for recognizing the size of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means includes a plurality of predefined model shapes, a gripping calculation method corresponding to the model shape, a gripping format corresponding to the model size of the gripping target object, and a constraint of the robot hand on the model shape Storing the model shape determined from the condition and the contact condition between the palm member and the finger member;
Assign one of the plurality of model shapes to the recognized shape of the gripping object,
From the stored grip calculation methods, select a grip calculation method for gripping an object by the robot hand based on the model shape assigned to the grip target member,
From the stored gripping formats, select a gripping format according to the size of the recognized gripping target object,
Among the stored contact conditions, when gripping the grip target object in the selected grip type, the contact condition between the model shape assigned to the grip target object and the palm member and the finger member When calculating a gripping posture that satisfies the selected gripping calculation method ,
Calculating a gripping posture that satisfies a contact condition between the gripping object and the thumb member and the finger member;
When it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the finger member and the thumb member, a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member To calculate
When a range covering the model shape assigned to the grip target member by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, a grip posture satisfying a contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated. A gripping control device for a robot hand.
前記把持姿勢算出手段は、前記掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、前記把持姿勢算出を行う際の前記ハンド部材の前記把持対象物体に対する位置を変更する請求項1または請求項2に記載のロボットハンドの把持制御装置。 At least a part of the joint is an interlocking joint that interlocks a link member to be connected,
The gripping posture calculation means changes the position of the hand member relative to the gripping target object when performing the gripping posture calculation when it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member. The grip control device for a robot hand according to claim 1 or 2 .
前記ハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段と、
を備え、
認識した把持対象物体の位置と、前記ハンド部材の位置との相対的な位置関係に基づいて、ハンド部材位置を制御する請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。 Object position recognition means for recognizing the position of the gripping object;
Hand member position control means for controlling the position of the hand member;
With
The robot hand according to any one of claims 1 to 4 , wherein the position of the hand member is controlled based on a relative positional relationship between the position of the recognized object to be grasped and the position of the hand member. Gripping control device.
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
前記把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対応する把持計算方法と、前記把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件と、を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、
記憶している前記把持計算方法の中から、前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状に基づいて、前記ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、
記憶している前記把持形式の中から、認識した前記把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、
記憶している前記接触条件のうち、選択された前記把持形式で前記把持対象物体を把持する際に、前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された前記把持計算方法によって算出するものであり、
前記関節角制御手段は、前記指部材が前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状に対する接触点でそれぞれ同時に接触するように前記各関節の目標関節角を生成し、前記各関節を前記目標関節角に制御し、
前記各関節を前記目標関節角に制御する際、前記各関節が前記目標関節角に到達する前に前記指部材の前記把持対象物体に対する把持力が所定の許容値以上となった場合には、把持対象物体を把持し、
前記指部材の前記把持対象物体に対する把持力が所定の許容値以上となる前に前記各関節が前記目標関節角に到達した場合には、目標関節角の位置誤差補償を行うことを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。 An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Object size recognition means for recognizing the size of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means includes a plurality of predefined model shapes, a gripping calculation method corresponding to the model shape, a gripping format corresponding to the model size of the gripping target object, and a constraint of the robot hand on the model shape Storing the model shape determined from the condition and the contact condition between the palm member and the finger member;
Assign one of the plurality of model shapes to the recognized shape of the gripping object,
From the stored grip calculation methods, select a grip calculation method for gripping an object by the robot hand based on the model shape assigned to the grip target member,
From the stored gripping formats, select a gripping format according to the size of the recognized gripping target object,
Among the stored contact conditions, when gripping the grip target object in the selected grip type, the contact condition between the model shape assigned to the grip target object and the palm member and the finger member A gripping posture satisfying is calculated by the selected gripping calculation method,
The joint angle control means generates target joint angles of the joints so that the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the model shape assigned to the object to be grasped, and each joint is set to the target joint. Control to the corner,
When controlling each of the joints to the target joint angle, when the gripping force of the finger member on the gripping target object is equal to or greater than a predetermined allowable value before the joints reach the target joint angle, Grasping the object to be gripped,
When each of the joints reaches the target joint angle before the gripping force of the finger member with respect to the gripping target object exceeds a predetermined allowable value, position error compensation of the target joint angle is performed. Robot hand gripping control device.
前記関節角制御手段は、前記把持力検出手段によって検出された把持力が、所定のしきい値を超えたときに、前記各関節の制御を終了する請求項1〜請求項6のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。 A gripping force detecting means provided on the link member for detecting the gripping force of the link member when gripping the gripping target object;
The joint angle control means terminates the control of each joint when the gripping force detected by the gripping force detection means exceeds a predetermined threshold value. The grip control device for a robot hand according to claim 1.
前記掌部材における一面側で前記掌部材を挟んで前記指部材に対向する位置に親指部材が配設され、
前記ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記ロボットハンドと前記モデル形状との接触条件を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、記憶されている前記接触条件のうち、割り当てたモデル形状と前記掌部材、前記指部材、および前記親指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記指部材および前記親指部材によって前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、前記一対のハンド部材と前記モデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。 An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
A thumb member is disposed at a position facing the finger member across the palm member on one side of the palm member;
As the hand member, a pair of hand members are disposed,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means stores a plurality of pre-defined model shapes and contact conditions between the robot hand and the model shape determined from the constraint conditions of the robot hand with respect to the model shape,
One of the plurality of model shapes is assigned to the recognized shape of the object to be grasped, and among the stored contact conditions, the assigned model shape, the palm member, the finger member, and the thumb member, Calculate the gripping posture that satisfies the contact condition of
When a range covering the model shape assigned to the grip target member by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, a grip posture satisfying a contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated. A gripping control device for a robot hand.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005320782A JP4956964B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Robot hand gripping control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005320782A JP4956964B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Robot hand gripping control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007125653A JP2007125653A (en) | 2007-05-24 |
JP4956964B2 true JP4956964B2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=38148744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005320782A Active JP4956964B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Robot hand gripping control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4956964B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009030695A1 (en) * | 2007-09-03 | 2009-03-12 | Arcelik Anonim Sirketi | A cooling device |
CN102059707B (en) * | 2010-12-28 | 2012-06-27 | 重庆交通大学 | Finger-simulating self-adaptive flexible fixture assembly |
JP6912415B2 (en) * | 2018-04-10 | 2021-08-04 | ファナック株式会社 | Hand control device and hand control system |
JP7022964B2 (en) * | 2018-04-26 | 2022-02-21 | 国立大学法人東海国立大学機構 | How to hold the robot hand |
CN115510727B (en) * | 2022-11-15 | 2023-03-24 | 佛山科学技术学院 | Calculation and control method for stable gripping force threshold of gripping mechanism |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004188533A (en) * | 2002-12-10 | 2004-07-08 | Toyota Motor Corp | Object handling estimating method and object handling estimating device |
JP3996093B2 (en) * | 2003-05-29 | 2007-10-24 | トヨタ自動車株式会社 | Robot hand |
JP4001105B2 (en) * | 2003-12-11 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | Grasping method of arbitrarily shaped object by robot |
JP4211701B2 (en) * | 2004-07-21 | 2009-01-21 | トヨタ自動車株式会社 | Robot hand gripping control device |
JP4591043B2 (en) * | 2004-11-02 | 2010-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | Method of gripping an arbitrarily shaped object by a robot |
JP2007098550A (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Toyota Motor Corp | Grip controlling device of robot hand |
-
2005
- 2005-11-04 JP JP2005320782A patent/JP4956964B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007125653A (en) | 2007-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4481291B2 (en) | Robot, its control method and control program | |
US8260458B2 (en) | Robot, robot hand, and method of controlling robot hand | |
US7289884B1 (en) | Hand control system, method, program, hand, and robot | |
CN111615443B (en) | Information processing apparatus, information processing method, and information processing system | |
JP4565229B2 (en) | robot | |
JP4001105B2 (en) | Grasping method of arbitrarily shaped object by robot | |
JP4956964B2 (en) | Robot hand gripping control device | |
JP2010064155A (en) | Holding device | |
JP4211701B2 (en) | Robot hand gripping control device | |
JP2009269127A (en) | Holding device and method of controlling the same | |
JP2008246607A (en) | Robot, control method of robot and control program of robot | |
JP5223407B2 (en) | Redundant robot teaching method | |
JP6322949B2 (en) | Robot control apparatus, robot system, robot, robot control method, and robot control program | |
JP2017061025A (en) | Robot control device, robot control method and computer program | |
WO2019098074A1 (en) | Linear-object gripping method and control device | |
JP5787646B2 (en) | Robot system and component manufacturing method | |
JPWO2019065427A1 (en) | Robot hand system control method and robot hand system | |
JP4591043B2 (en) | Method of gripping an arbitrarily shaped object by a robot | |
JPWO2019065426A1 (en) | Robot hand and robot hand control method | |
JP4640499B2 (en) | Grip control device | |
JP2007098550A (en) | Grip controlling device of robot hand | |
JP4137601B2 (en) | Robot hand control method, robot hand | |
JP2019126879A (en) | Gripping device | |
JP7140826B2 (en) | Grip control device | |
JP2005335010A (en) | Gripping control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081014 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100824 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100826 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110510 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110609 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111206 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120113 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120206 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120221 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120305 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |